(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
所定の関係に配列された複数のＲＦ窓と；
前記複数のＲＦ窓の第１の側に配置された単一のプラズマチャンバと；
複数のＲＦアンテナと；
複数のＲＦ源とを具え、
前記複数のＲＦアンテナの各ＲＦアンテナは、前記複数のＲＦ窓のそれぞれのＲＦ窓の第２の側に配置され、当該第２の側は前記第１の側の反対側であり、
前記ＲＦ源の各々が、前記複数のＲＦアンテナのそれぞれのＲＦアンテナに結合され、
第１の前記ＲＦアンテナに結合された第１の前記ＲＦ源によって生成される第１のＲＦ信号の、前記第１のＲＦアンテナに隣接する前記ＲＦアンテナに結合された第２の前記ＲＦ源によって生成される第２のＲＦ信号との周波数差が、１０kHzより大きいことを特徴とする広幅イオンビーム源。
【請求項２】
前記周波数差が１００kHz未満であることを特徴とする請求項１に記載の広幅イオンビーム源。
【請求項３】
前記第１のＲＦ源によって生成される前記第１のＲＦ信号の、前記第２のＲＦ源によって生成される前記第２のＲＦ信号との前記周波数差が、少なくとも０．５％であり、かつ１％未満であることを特徴とする請求項１に記載の広幅イオンビーム源。
【請求項４】
前記複数のＲＦ窓の端から端までの寸法が、少なくとも２メートルであることを特徴とする請求項１に記載の広幅イオンビーム源。
【請求項５】
前記複数のＲＦ源が、互いに独立して動作することを特徴とする請求項１に記載の広幅イオンビーム源。
【請求項６】
前記複数のＲＦ源の各ＲＦ源が、それぞれの整合回路網及びそれぞれのＲＦ電圧平衡コンデンサをさらに具えていることを特徴とする請求項１に記載の広幅イオンビーム源。
【請求項７】
前記それぞれの整合回路が、当該整合回路に対応する前記ＲＦ源に合わせて較正されていることを特徴とする請求項６に記載の広幅イオンビーム源。
【請求項８】
前記複数のＲＦ窓の前記所定の関係が、互いに面一の関係を含むことを特徴とする請求項１に記載の広幅イオンビーム源。
【請求項９】
前記複数のＲＦ源が、
第１のＲＦ信号を１３．４６MHzの周波数で生成するように構成された前記第１のＲＦ源と；
第２のＲＦ信号を１３．５６MHzの周波数で生成するように構成された前記第２のＲＦ源と；
第３のＲＦ信号を１３．６６MHzの周波数で生成するように構成された第３のＲＦ源と
を具えていることを特徴とする請求項１に記載の広幅イオンビーム源。
【請求項１０】
前記単一のプラズマチャンバの周辺部に存在し、かつ前記複数のＲＦ窓とは反対側に存在する抽出開口であって、前記単一のプラズマチャンバからイオンを抽出するように構成された抽出開口をさらに具え、
前記広幅イオンビーム源が、前記抽出開口を通した抽出後に、８％以下の均一性を有するイオンビームを発生するように構成されていることを特徴とする請求項１に記載の広幅イオンビーム源。
【請求項１１】
所定の関係に配列された複数のＲＦ窓と；
前記複数のＲＦ窓の第１の側に配置された単一のプラズマチャンバと；
複数のＲＦアンテナと；
各々が、１３．５６MHzから２％以内の周波数で動作するように構成された複数のＲＦ源とを具え、
前記複数のＲＦアンテナの各ＲＦアンテナは、前記複数のＲＦ窓のそれぞれのＲＦ窓の第２の側に配置され、当該第２の側は前記第１の側の反対側であり、
前記ＲＦ源の各々は、前記複数のＲＦアンテナのそれぞれのＲＦアンテナに結合され、第１の前記ＲＦアンテナに結合された第１の前記ＲＦ源によって生成される第１のＲＦ信号の、前記第１のＲＦアンテナに隣接する前記ＲＦアンテナに結合された第２の前記ＲＦアンテナによって生成される第２のＲＦ信号との周波数差が、１０kHzより大きいことを特徴とするシステム。
【請求項１２】
前記第１のＲＦ源によって生成される前記第１のＲＦ信号の、前記第２のＲＦ源によって生成される前記第２のＲＦ信号との前記周波数差が、少なくとも０．５％であり、かつ１％未満であることを特徴とする請求項１１に記載のシステム。
【請求項１３】
前記複数のＲＦ源が、互いに独立して動作することを特徴とする請求項１１に記載のシステム。
【請求項１４】
少なくとも３つの前記ＲＦ窓、少なくとも３つの前記ＲＦアンテナ、及び少なくとも３つの前記ＲＦ源を具え、前記ＲＦアンテナの各々が、前記ＲＦ窓のそれぞれに結合され、前記ＲＦ源の各々が、前記ＲＦアンテナのそれぞれに結合されていることを特徴とする請求項１１に記載のシステム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
関連出願のクロスリファレンス
本願は、米国特許仮出願第６１／６８２３５６号、２０１２年８月１３日出願に基づいて優先権を主張し、その全内容を全体的に参照する形で本明細書に含める。
【０００２】
発明の分野
本発明は、一般に、半導体デバイス製造の分野に関するものであり、特に、広幅イオンビームを生成するための複数のアンテナを有するイオン源に関するものである。
【背景技術】
【０００３】
イオン注入は、イオンをワークピースまたはターゲット基板内にドープするために用いられるプロセスである。大面積のフラットパネル内への注入のような大型のイオン注入用途は、特別に広幅の（例えば２〜６メートル幅の）リボン・イオンビームを必要とする。高いイオンビーム電流を持続させるために必要な高いプラズマ密度を提供しなければならないことに加えて、大型用途において用いられるプラズマ源は、非常に良好なプラズマ均一性（１〜２％）を、延長された長さ全体にわたって提供することを目標とする。気体の先駆物質については、誘導結合プラズマ（ＩＣＰ：inductively coupled plasma）源が、広幅のリボン・イオンビームを生成するのに適した解決策であることが証明されている。例えば、ＲＦ誘導結合プラズマ源は、適度に高いイオンビーム電流（約１mA/cmのホウ素）及び比較的良好な均一性（７００mmにわたって＜２%）を提供する。しかし、イオンビーム幅のさらなる拡張は、単一のＲＦアンテナでは、ＲＦアンテナに対する物理的制約及び誘電性のＲＦ窓長により不可能である。例えば、長尺のアンテナは高いアンテナ・インダクタンスを有し、このことは、有用なＲＦ周波数に対して、非物理的な同調及び負荷のコンデンサ値を有する整合部を必要とする。
【０００４】
さらに、アンテナループ内に展開し得る定在波効果の理由で、アンテナを、ＲＦ電磁波長の１／４を超えないように設計することがあるので、アンテナの全長が制限される。こうした考慮により、１３．５６MHzの動作周波数については、（全アンテナターンの長さを合計することによって求めた）最大アンテナ長は約５メートルになる。
【０００５】
これに加えて、誘電窓は、当該誘電窓を通るＲＦ電力伝送を可能にし、プラズマチャンバの真空密閉を提供し、一般に、誘電窓を大型に作製するほど、誘電窓をより厚く作製しなければならないので、誘電窓のサイズが制約される。例えば、２５０〜３００℃の熱応力下で１気圧の圧力を持続させるためには、長さ１メートルで高さ１５センチメートルの窓は、水晶の場合に約１５ミリメートル、アルミナの場合に約１０ミリメートルの厚さを有しなければならない。しかし、厚い窓は、貧弱なＲＦ電力結合をもたらし、プラズマ密度に対する有害な影響を伴う。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
以上のことを考慮した、ＲＦプラズマに基づく新規なイオンビーム源を開示する。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明の好適例では、広幅イオンビーム源が、所定の関係に配列された複数のＲＦ窓、これら複数のＲＦ窓の第１の側に配置された単一のプラズマチャンバ、複数のＲＦアンテナを含み、これら複数のＲＦアンテナの各ＲＦアンテナは、上記複数のＲＦ窓のそれぞれのＲＦ窓の第２の側に配置され、第２の側は上記第１の側と反対側である。この広幅イオンビーム源は、複数のＲＦ源をさらに含み、各ＲＦ源は、上記複数のＲＦアンテナのそれぞれのＲＦアンテナに結合され、第１のＲＦアンテナに結合された第１のＲＦ源によって生成される第１のＲＦ信号の、第１のＲＦアンテナに隣接するＲＦアンテナに結合された第２のＲＦ源によって生成される第２のＲＦ信号との周波数差は、１０kHzより大きい。
【０００８】
他の好適例では、広幅イオンビームを生成する方法が、複数のＲＦ窓を所定の関係に配列し、これら複数のＲＦ窓の第１の側に沿って単一のプラズマチャンバが隣接するステップと、これら複数のＲＦアンテナの各ＲＦアンテナを、上記複数のＲＦ窓のそれぞれのＲＦ窓の第２の側に配置し、第２の側は上記第１の側と反対側であるステップと、上記複数のＲＦ源の各ＲＦ源を、上記複数のＲＦアンテナのそれぞれのＲＦアンテナに結合するステップとを含み、第１のＲＦアンテナに結合された第１のＲＦ源によって生成される第１のＲＦ信号の、第１のＲＦアンテナに隣接するＲＦアンテナに結合された第２のＲＦ源によって生成される第２のＲＦ信号との周波数差は、１０kHzより大きい。
【０００９】
さらに他の好適例では、広幅イオンビームを生成するシステムが、所定の関係に配列された複数のＲＦ窓、これら複数のＲＦ窓の第１の側に配置された単一のプラズマチャンバ、及び複数のＲＦアンテナを含み、これら複数のＲＦアンテナの各ＲＦアンテナは、上記複数のＲＦ窓のそれぞれのＲＦ窓の第２の側に配置され、第２の側は上記第１の側と反対側である。このシステムは複数のＲＦ源も含み、各ＲＦ源は、１３．５６MHzから２%以内の周波数で動作するように構成され、各ＲＦ源は、上記複数のＲＦアンテナのそれぞれのＲＦアンテナに結合され、第１のＲＦアンテナに結合された第１のＲＦ源によって生成される第１のＲＦ信号の、第１のＲＦアンテナに隣接するＲＦアンテナに結合された第２のＲＦ源によって生成される第２のＲＦ信号との周波数差は、１０kHzより大きい。
【００１０】
一例として、開示する装置の特定実施形態を、添付した図面を参照しながら以下に説明する。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】本発明によるイオンビーム源を例示する上面図である。
【図２】図１の線Ａ−Ａ’に沿って切断した、図１のイオン源の断面図である。
【図３】本発明によるイオン源の代案を例示する上面図である。
【図４Ａ】動作周波数が５Hzだけ異なる、１３．５６MHzの２つの波形について計算した変調効果を例示するグラフである。
【図４Ｂ】同一周波数で動作するように設定された２つのＲＦ源を有するイオン源について測定したビーム・プロファイルを例示するグラフである。
【図４Ｃ】動作周波数が１００kHzだけ異なる、１３．５６MHzの２つの波動について計算した変調効果を、１００マイクロ秒にわたって例示するグラフである。
【図４Ｄ】動作周波数が１００kHzだけ異なる、１３．５６MHzの２つの波動について計算した変調効果を、約１０マイクロ秒にわたって例示するグラフである。
【図５】異なる周波数で動作するように設定された３つのＲＦ源を有するイオン源について測定したビーム・プロファイルを例示するグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
以下、本発明による装置を、添付した図面を参照しながら、より完全に説明し、これらの図面には、この装置の好適な実施形態を示す。しかし、この装置は、多数の異なる形態で具体化することができ、本明細書に記載された実施形態に限定されるものとして解釈すべきでない。むしろ、これらの実施形態は、本開示が詳細かつ完全になり、本装置の範囲を当業者に伝えるように提供する。図面全体を通して、同様の番号は同様の要素を参照する。
【００１３】
本実施形態は、ＲＦプラズマを用いた広幅イオン源を提供する装置及び方法に関するものである。種々の実施形態では、空間的にオーバラップした複数のプラズマの動作を促進して、ＲＦ信号位相の連続的な監視及び調整を必要とせずに、非常に広幅のイオンビームを生成するイオン源を開示する。
【００１４】
図１及び２を参照すれば、本発明によるＲＦプラズマイオン源１０（以下、「ＲＦイオン源１０」と称する）が示されている。ＲＦイオン源１０は、単一のプラズマチャンバ１２、それぞれのＲＦアンテナ２０、２２、及び２４を有する複数のＲＦ源１４、１６、及び１８（各々がＲＦ発生器「ｒｆ」及び整合回路網「ＭＮ」を含む）、複数のＲＦ窓２６、２８、及び３０、１つ以上のガス注入口３２、及び抽出開口３６を有する面板３４を含み、抽出開口３６を通して、単一のプラズマチャンバ１２からイオンが抽出される。便宜上、かつ明瞭にするために、本明細書では、「前」、「後」、「上」、「下」、「上に」、「下に」、「内向きに」、「外向きに」、「水平」、「垂直」、「横方向」、及び「軸方向」といった語は、ＲＦイオン源１０の構成要素の相対的な配置及び配向を記述するために用い、各々が、図２に見られるＲＦイオン源１０の形状及び配向に関するものである。これらの用語は、具体的に記述された語、その派生語、及び同様な意味の語を含む。図１及び２は、ＸＹＺ座標系も参照して説明することがあり、このため、図１の水平方向はＸ軸と平行であり、図１の垂直方向はＹ軸と平行であり、Ｚ軸は図１の平面に直交する。図２の軸線は、図２の水平方向がＸ軸と平行であり、図２の垂直方向がＺ軸と平行であり、Ｙ軸が図２の平面に直交するように配向されている。
【００１５】
プラズマチャンバ１２は、供給ガスを低圧に保持すべく用意された長方形、円柱形、あるいはより複雑な形状のエンクロージャ（包囲体）とすることができる。プラズマチャンバ１２は、垂直に延びる（即ち、図２のｚ方向に延びる）側壁３８、４０、４２、及び４４を含むことができ、これらの側壁は、ｘ方向の合計幅３メートルを有する内部空間を規定する。プラズマチャンバ１２は、リボン・イオンビームのような所望のイオンビームの幅に応じて、より小型または大型にすることができる。細長いジョイントショルダ４６及び４８が、ｙ方向（図２）に、プラズマチャンバ１２の開口上端越しに、ＲＦ窓支持体５０、５２、及び５４と間隔をおいた平行な関係で延びることができ、これらのＲＦ窓支持体は、同一の特性、形状及びサイズを有することができる。面板３４は、プラズマチャンバ１２の下端を密封する。抽出開口３６は、プラズマチャンバ１２の面板３４全体にわたって延びる開口を提供することができ、以下に説明するように、この開口を通して、広幅イオンビームをプラズマチャンバ１２から抽出することができる。抽出開口３６は、ほとんどＲＦイオン源１０の全長３mに及ぶ開口とすることができる。一実施形態では、抽出開口３６が略長方形の開口であり、ｙ方向は延長３〜３０ミリメートル(mm)であり、イオンビームの全幅（即ち、ｘ方向は３メートル(m)）である。面板３４は、ｚ方向の厚さ３〜１０mmとすることができ、抽出開口３６のエッジは、イオンがプラズマから抽出された際に、より良好にビームを形成することができる。側壁３８、４０、４２及び４４、ジョイントショルダ４６、４８は、アルミニウム、アルミニウム合金、またはステンレス鋼で形成することができる。上記面板は、タングステン、ステンレス鋼、グラファイト（黒鉛）、またはアルミナ、水晶またはサファイアのような誘電体製とすることができる。プラズマチャンバの内部では、水晶、グラファイト、炭化ケイ素（シリコンカーバイド）、またはシリコン噴霧アルミニウム製の薄いライナーを用いて、金属のプラズマチャンバ壁を覆うことができる。
【００１６】
ＲＦ窓２６、２８及び３０は平面部材とすることができ、各々が、ＲＦ窓支持体５０、５２及び５４の形状と同様の水平面の形状を有することができる。ＲＦ窓２６、２８及び３０は、所定の関係に配列することができる。例えば、ＲＦ窓２６、２８、及び３０は、互いに平行になるように配列することができる。ＲＦ窓２６、２８、及び３０は、同一平面内に存在することができ、即ち、互いに面一の関係を有することができる。実施形態は、この関係に限定されない。ＲＦ窓２６、２８及び３０は、ＲＦ窓支持体５０、５２、及び５４内に実装することができ、そして、これらのＲＦ窓支持体を真空密閉することができる。例えば、ＲＦ窓２６、２８及び３０のエッジが、側壁３８、４０、４２、４４、及びジョイントショルダ４６、４８の垂直面内に形成された凹部内に収まることができる。その代わりに、ＲＦ窓２６、２８及び３０を、側壁３８、４０、４２、４４及びジョイントショルダ４６、４８の上面に、例えば接着剤または機械的ファスナで締結することも考えられる。さらに、高温のＯ（オー）リングまたは他の適切な密閉部材を、ＲＦ窓２６、２８及び３０のエッジと、側壁３８、４０、４２、４４及びジョイントショルダ４６、４８との中間に配置して、これらの間に真空密封を確立することも考えられる。従って、ＲＦ窓２６、２８及び３０は、水平方向に、垂直方向にはプラズマチャンバ１２の内部とＲＦアンテナ２０、２２及び２２との中間に配置することができる（以下に説明する）。
【００１７】
ＲＦイオン源１０の好適な実施形態を図１及び２に示し、３つのＲＦ窓支持体５０、５２及び５４内に、３つのＲＦ窓２６、２８及び３０のそれぞれが配置され、各ＲＦ窓２６、２８及び３０は１メートル幅とすることができる。従って、直線的関係に配列されたＲＦ窓２６、２８及び３０の端から端までの寸法を３メートルとすることができる。しかし、ＲＦイオン源１０には、ＲＦ源１４、１６及び１８のような独立したＲＦ源が設けられているので、ＲＦ窓支持体、ＲＦ窓、または関連するＲＦアンテナ及びＲＦ源の数には制約が存在しない。さらに、ＲＦアンテナ２０、２２及び２４は、種々の構成に配列することができる。例えば、ＲＦアンテナ２０、２２及び２４を、１Ｄ（一次元）パターン（即ち、１行×複数列）に配列して直線プラズマ源を提供することも、あるいは、大面積のイオンアシスト堆積用に２Ｄ（二次元）パターン（即ち、複数行×複数列）に配列することもできる。各ＲＦアンテナ２０、２２及び２４は、独立したＲＦチェーン（即ち、ＲＦ発生器＋整合回路網＋ＲＦ電圧平衡コンデンサ）によって給電されるので、１Ｄ形状の場合のプラズマ源幅（及び抽出されるビーム幅）、及び２Ｄ形状の場合の表面積は、理論上無制限である。従って、本実施形態は、互いに直交する２方向に何メートルにも及び断面を有するイオンビームを発生することができるイオン源まで拡張することができる。
【００１８】
以下でさらに説明するように、ＲＦ窓２６、２８及び３０は、ＲＦアンテナ２０、２２及び２４からのＲＦエネルギーを通す媒体であり、プラズマチャンバ１２の内部の供給ガス６０に結合されている。ＲＦ窓２６、２８及び３０は、あらゆる通常の材料で形成することができ、これらの材料は、こうした結合を促進することができるアルミナ、サファイア、または水晶を含むが、これらに限定されない。アルミナ及び水晶は、特定用途向けには所望の特性を提供するが、これらは比較的低い熱伝導率を有し、高い動作温度では、プラズマチャンバ１２の側壁３８、４０、４２及び４４との真空密封不良が生じやすいことがある。
【００１９】
図２に示すように、ＲＦ源１４、１６、１８、及びそれぞれのＲＦアンテナ２０、２２、２４を、ＲＦ窓２６、２８、３０の上方に配置して、チャンバ１２内部の低圧供給ガス６０への結合を行うことができる。ＲＦアンテナ２０、２２及び２４は、図１に示すような蛇行形状を有することができ、この形状は当業者にとってなじみのものである。しかし、ＲＦアンテナ２０、２２及び２４の特定の形状、サイズ、及び構成は、本発明から逸脱することなしに変化させることができる。例えば、図３に示すもののような、平坦な螺旋形のＲＦアンテナの変形例を用いることができる。図３の実施形態では、ＲＦイオン源３００が、平坦な螺旋ＲＦアンテナ３０２、３０４及び３０６のそれぞれに、整合回路網ＭＮ１、ＭＮ２、ＭＮ３及び電圧平衡コンデンサＣ１、Ｃ２、Ｃ２を通して結合されたＲＦ発生器ｒｆ１、ｒｆ２、及びｒｆ３を含む。
【００２０】
図１及び２を参照すれば、ＲＦイオン源１０の動作中に、供給ガス６０が、ガス注入口３２を経由してプラズマチャンバ１２の内部に供給され、ガス注入口３２は、プラズマチャンバ１２の周辺部に等間隔に存在する。一部の実施形態では、供給ガス６０を、水素、ヘリウム、酸素、窒素、ヒ素、ホウ素、リン、アルミニウム、インジウム、アンチモン、カルボラン、アルカン、あるいは他のｐ型またはｎ型ドーパント含有ガス混合物とするか、供給ガス６０が、これらを含むか含有することができる。ＲＦ源１４、１６及び１８は、ＲＦ電力を、ＲＦアンテナ２０、２２及び２４を経由し、ＲＦ窓２６、２８、３０を通してプラズマチャンバ１２に供給して、供給ガス６０内のドーパント含有ガス分子を消散させてイオン化し、これにより所望のイオン種を生成することができる。このように発生したドーパントイオンは、その後に、面板３４に、あるいはこれに隣接して配置された抽出電極（図示せず）によってプラズマチャンバ１２から抽出されて、基板（図示せず）に向けて指向される広幅イオンビーム６４を形成する。図２により明瞭に示すように、プラズマは、このように、単一のプラズマチャンバ１２内の独立したＲＦ源１４、１６及び１８によって生成される（即ち、チャンバ１２を別個の空間に分割する壁が存在しない）。各ＲＦ源１４、１６及び１８の独立給電、及びプラズマ源（図示せず）を包囲するマルチカスプ磁界の形態は、このように拡張された幅（例えば、好適な実施形態では３メートル）を有するプラズマチャンバ全体にわたるプラズマ均一性を促進するに当たり、より大きなフレキシビリティをもたらす。このマルチカスプ磁界は、適切に位置決めされた永久磁石によって生成され、この磁界を用いて、より均一なプラズマをイオン抽出領域内に作ることができる。
【００２１】
供給ガス注入口３２は、プラズマチャンバ１２の周辺部に均等に分布しているので、プラズマの均一性を保証するための、唯一残された考慮事項は、ジョイントショルダ４６及び４８の（ｚ及びｘ方向双方の）寸法、ＲＦアンテナ２０、２２及び２４の空間的分離によって与えられる電力集中（即ち、強度）、及びＲＦアンテナ２０、２２及び２４相互間の干渉効果である。以下、これらの考慮事項の各々に順に応える。
【００２２】
約３〜４eVの電子温度及び約１〜５×１０11cm-3の電子密度を有する代表的な誘導結合プラズマ（ＩＣＰ）は、〜１〜５×１０6s-1の電子衝突周波数、従って、σ＝ｎｅ2／ｍcνc≒２〜６×１０3Ω-1m-1なるプラズマ導電率によって特徴付けられる。従って、１３．５６MHzのＲＦ駆動周波数及び低い動作圧力（例えば数mTorr）については、プラズマがδ＝(２／ωμ0σ)1/2≒２〜３cmの表皮厚さ（ＲＦ電力の大部分が集中するＲＦ窓の真下の深さ）を有する。従って、ジョイントショルダ４６及び４８が、ｚ方向に約２〜３cmより短く作製されている場合、ＲＦアンテナ２０、２２及び２４によって放出されるＲＦ電力が、プラズマチャンバ１２内で、ジョイントショルダ４６及び４８の下端より深くに集中するので、ジョイントショルダ４６及び４８は、プラズマチャンバ１２内のプラズマの均一性に影響を与えない。ジョイントショルダ４６及び４８のｘ方向の寸法を２〜２．５cmにして、ＲＦ窓２６、２８及び３０を支持するための適切な構造強度を提供すると共に、Ｏリングを収容するための適切な空間を提供することができる。Ｏリングは、耐温度性のフッ化炭素ゴム製であり、ＲＦ窓支持体５０、５２及び５４を包囲する溝内に配置されている。これらのＯリングは溝外に１〜３mm突出して、ＲＦ窓２６、２８及び３０がＯリング上に座り、こうして、チャンバがポンプで排気される際に、これらのＯリングがプラズマチャンバの真空密封を保証する。
【００２３】
ＲＦアンテナ２０、２２及び２４の空間的分離に関しては、ＲＦアンテナ２０、２２及び２４は互いに非常に近接して配置することができるが、少なくとも１．５センチメートルだけ離間させて、プラズマ点孤段階中に発生し得るような高電圧の状況におけるＲＦアンテナ２０、２２及び２４の間のアーク放電を防止することができる。プラズマ密度の不均一性が出現し始める２つの隣接するアンテナ間の最大分離距離は、プラズマ表皮厚さの約３〜４倍である。図３に示すように、ＲＦアンテナ３０２、３０４及び３０６の各々に、適切なＲＦ発生器（ｒｆ１、ｒｆ２、ｒｆ３）及び適切な整合回路網（ＭＮ１、ＭＮ２、ＭＮ３）を設けることができる。ＲＦアンテナ３０２、３０４及び３０６に沿った電圧の均等な分布を促進するために、これらのＲＦアンテナの「接地」脚部に平行コンデンサを設けることができる。正イオンを抽出するためには、プラズマ源を１００kVにまで上昇させた電位にすべきであり、この電位は抽出電源によって保証される。次に、一般に接地電極及び抑制電極から成る抽出電極系が、プラズマチャンバと電気接地との間の電位降下に等しいエネルギーで正イオンを抽出することができる。
【００２４】
ＲＦアンテナ２０、２２及び２４（または３０２、３０４及び３０６）どうしの間のクロストークまたは干渉に関しては、ＲＦ源１４、１６及び１８が同一の駆動周波数で動作するように設定されていても、実際の動作周波数には小差が存在し得ることを、発明者は発見した。このことは、代表的なＲＦ源の周波数精度が約±０．００５％であるからであり、この精度は、１３．５６MHzの駆動周波数にとっては約±７００Hzと同等である。こうした周波数の小差は、プラズマ中に誘導されるＲＦ電界の不所望な変調を生じさせ得る。例えば、同一の振幅であるが異なる周波数を有する２つのＲＦ波の電界は
【数１】
0005832708.tif 000002
のように記述することができ、ここにＡは電界（簡単のため、両波動について等しいものとする）、波動ωは２πｆに等しく、ｆは周波数であり、φは初期位相である。従って、結果的なＲＦ電界は
【数２】
0005832708.tif 000003
で与えられる。従って、結果的な正弦波は、周波数Δｆ＝ｆ１−ｆ２を有する周期関数によって変調される。このことを図４Ａに例示し、この図は、動作周波数が５Hzだけ異なる１３．５６MHzの２つの波動について計算した変調効果を示す。曲線４０２は結果的な変調波のエンベロープ（包絡線）を示し、領域４０４は、１３．５６MHzの波を示す（このように長い時間軸上では明確に識別できない）。
【００２５】
図４Ｂを参照すれば第１及び第２の独立したＲＦ源について測定したビーム・プロファイルが示され、これらのＲＦ源は共に、１３．５６MHzで動作し、８００Wを供給する（図を明瞭にするために、２つのＲＦ源のみの同時動作を示す）。このプロファイルは、ｘ方向に移動して、イオンビーム電流測定値をビームの全長にわたって取得する移動ファラデーカップによって測定したものである。曲線４１４は、第１のＲＦ源のみの動作によって発生したビーム・プロファイルを表し、曲線４１６は、第２のＲＦ源のみによって発生したビーム・プロファイルを表す。曲線４１２は、第１及び第２のＲＦ源の両者の同時動作によって発生したビーム・プロファイルを表し、特徴的な、そして不所望な変調効果を例示する。図４Ｂの例では、電流はｘ方向に沿って２０〜２５mmおきに変動する。特に、一部の領域では、電流が約２０〜２５mmの距離にわたって約７５％まで変動する。これは、周期的な空間的変動ではないが、周期的な時間ゆらぎ（「うなり効果」）である、というのは、ビーム全体にわたって一定速度で移動するファラデーカップによってビーム・プロファイルが取得されるからである。他のビーム・プロファイルをとれば、変動は同じ空間的周期性を示すが、ピーク及び谷は異なるｘ位置に見られる。従って、複数ＲＦ源のイオン源に給電するために使用される異なるＲＦ源間の動作周波数の非常に小さな差は、最も慎重に設計されたシステムでも不可避であり、プラズマ密度の許容外の変動を時間の関数として生じさせ得る。従って、イオンビーム電流変動を時間の関数として、そして暗示的に、こうしたイオン源におけるターゲット表面の位置の関数として生じさせ得る。
【００２６】
有利なことに、異なるＲＦ源間のＲＦ周波数の非常に小さな差を解消することを追求するのではなく、異なるＲＦ源間の周波数差を増加させることによって、上述した問題を解消することができることを、発明者は発見した。具体的には、発明者は、異なるＲＦ源によって給電されるイオン源の電流変動を低減または解消するに当たり有効である、異なるＲＦ源間のＲＦ周波数差の範囲を識別した。特に、ＲＦ源が、例えば何十kHzから何百kHzだけ異なる周波数で動作するように設定されている場合、ＲＦ変調効果は観測され得るが、１０μsのように非常に高速であり、結果的なビーム・プロファイル中にプラズマ密度変調効果を観測することができないことを、本発明の発明者は発見した。
【００２７】
図４Ｃは、動作周波数が１００kHzだけ異なる２つの波動について計算した変調効果を例示するグラフであり、１００マイクロ秒にわたって例示する。曲線４２２は結果的な変調波である。曲線４２２内は１３．５６MHzの波動であり、こうした長い時間軸状では明確に識別できないが、陰影領域４２４によって示唆されている。曲線４２２の小さい周期（およそ１０マイクロ秒）により、プラズマ周期に対する顕著な微視的効果も、イオンビーム電流の均一性に対する暗示的な微視的効果も存在しない。
【００２８】
図４Ｄは、図４Ｃのグラフを、より大きな拡大レベルで例示するグラフである。曲線４３２は曲線４２２に相当するエンベロープであり、曲線４３４は１３．５６MHzの波動である。図４Ｄ中に示すように、曲線４３４の周期はおよそ７３．７５nsである。
【００２９】
１３．５６MHzの発生器を、公称のＲＦ周波数に対して、かつ物理的に隣接したアンテナに結合された発生器に対して、少なくとも０．５％かつ１％未満だけシフトした周波数で動作させることは、この発生器が適切に動作することを妨げない。例えば、１．５Wの順方向電力に対する反射電力の量は〜１００Wである。さらに、一旦、動作周波数を選定すると、プラズマ・インピーダンスが０の反射電力向けに整合するように、整合回路網部を当該周波数向けに較正する。
【００３０】
異なる電力レベル（即ち、異なる波動振幅）及び異なる周波数で動作する複数のＲＦシステムの場合、結果的な波動振幅は次の(3)式によって与えられる。
【数３】
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【００３１】
「ｎ」の大きな値については、式(3)の右辺の第２項を無視することができ、結果的な振幅の二乗は、およそ、各波動振幅Ａiの二乗の合計である。独立した波動Ａiどうしは本質的に非干渉性であるので干渉効果は生成されない。少し異なる周波数（例えば、１０〜１００kHz）を有する少数のＲＦ発生器のみで動作する実際的な場合には、異なる変調パターンのランダム分布が、波動どうしの非干渉正により生じる不均一性を低減するので、周波数変調の影響は無視できる。
【００３２】
図５に、（上述した本発明の好適な実施形態と同様に）同時に動作し、共通のプラズマチャンバ内で電力を消費する３つのＲＦ源を有するＩＣＰイオン源について得られたビーム・プロファイルの測定値を示す。この例では、中央のＲＦ源が１３．５６MHzの周波数で動作するように設定され、隣接したＲＦ源は、それに対して０．１MHzだけオフセットした、それぞれ１３．４６MHz及び１３．６６MHzで動作した。図に見られるように、変調パターンを観測することができず、ビーム均一性は約８％であった。
【００３３】
要約すれば、本発明のＲＦイオン源１０のようなＲＦ源は、複数の、空間的にオーバラップするプラズマの動作を促進して、ＲＦ信号位相の連続した監視及び調整を必要とせずに、非常に広幅のイオンビームを生成する。これに加えて、少し異なるが（ＲＦ周波数差≦２％）同様のＲＦ周波数でのＲＦ源の動作は、各ＲＦ源が発生するプラズマ特性が同じであり（例えば、ＲＦ源１４、１６及び１８は、プラズマ密度、プラズマ電位、及び隣接するプラズマ間の電子温度に差を示さないプラズマを発生する）従って、良好な全体の均一性を表す。
【００３４】
本明細書で用いる要素またはステップは、明示的に断りのない限り、複数の要素またはステップを排除しないものとして理解すべきである。さらに、本発明の「一実施形態」は、記載された特徴を含む追加的な実施形態の存在を排除するものとして解釈されることを意図していない。
【００３５】
本明細書では、本発明の特定実施形態を記載しているが、本発明はそれらに限定されることは意図していない、というのは、本発明は、技術が許す限り範囲が広く、明細書も同様に読まれることを意図しているからである。従って、以上の説明は限定的なものとして解釈すべきでなく、特定実施形態の例示に過ぎないものとして解釈すべきである。当業者は、本明細書に添付した特許請求の範囲内の他の実施形態を想到するであろう。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４Ａ】
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【図４Ｂ】
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【図４Ｃ】
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【図４Ｄ】
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【図５】
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